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粉末粒度及错位包覆工艺对 Fe-6.5%Si 磁粉芯磁性能的影响研究

2024-06-03 15:42:51 来源:电子变压器与电感网 点击:2653

进入二十一世纪以来,磁性材料在电子信息产业中发挥着越来越重要的作用, 已经成为仅次于半导体的重要基础材料,是现代化科技与经济发展不可缺少的重 要因素。软磁复合材料(soft magnetic composites,SMCs)或金属磁粉芯,是由软磁合金颗粒及绝缘包覆介质组成的多相异质结构块体材料,兼具软磁合金和铁 氧体优点,被广泛用于电子信息、能源、汽车、智能制造、智能家居等领域,是 国民经济和国防建设关键基础材料[1-6]

软磁复合材料在交流磁场中会产生一定的能量损失,这些能量损失统称为磁芯损耗。磁芯损耗一般包括磁滞损耗、涡流损耗及剩余损耗其中主要的损耗形式是涡流损耗[7]。针对磁芯损耗的特点,通常采用在磁粉颗粒表面覆盖绝缘包覆介质, 来阻断颗粒间的直接接触,使材料的电阻率增大以降低涡流损耗。在包覆材料的选择上,通常使用耐高温的绝缘包覆介质,如硅酮树脂等[8],使其在高温热处理下保持稳定,从而对压制粉芯时的内应力进行释放,降低磁滞损耗。

在进行有机包覆或有机-无机复合包覆时,一般需要对磁粉进行表面改性处理,使磁粉和有机包覆介质之间建立连接的桥梁,以达到理想的包覆效果。叶国维等[9]研究了磷酸处理和钛酸酯偶联剂表面处理对环氧树脂包覆 Fe-Cr-Si-B-C 非晶磁粉芯性能的影响;Fan 等[10]研究了(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)表面改性对经磷化处理后环氧树脂包覆的铁基软磁复合材料电磁性能的影响;Guan 等[11] 采用 KH550 偶联剂对 Fe-Si-Al 粉末表面改性。国内外研究均表明,磷酸表面改性后的粉末基体表面均匀绝缘包覆界面结合良好,氧化硅绝缘包覆层对于软磁复合材料的电磁性能包覆起到了良好的改善作用。

对于粉末磁芯的制备,原料粉粒包覆的尺寸及其配比对非晶磁粉芯性能的影响也至关重要。魏鼎等[12]研究了铁硅铝粉末颗粒尺寸包覆对磁粉性能的影响发现,使用粗颗粒磁粉为包覆原料制备的粉芯的矫顽力和剩余磁化强度均优于细颗粒磁粉;徐永春等[13]研究发现,中粒度与大粒度非晶粉末的占比约为 70%时,制得非晶磁粉芯的磁导率最高且损耗最低;刘红军等[14]将铁硅铝粉末破碎筛分后进行配比, 发现增加包覆原料中小粒径磁粉包覆配比能有效提高磁芯磁导率、降低磁损耗、提高直流偏置 DC-Bias 能力;Takemoto 等[15]研究了热处理条件对水雾化铁硅磁粉芯性能包覆的影响以及与晶粒和颗粒尺寸包覆的关系。研究结果表明,粉末的颗粒尺寸包覆配比、晶粒尺寸包覆及热处理条件对铁硅磁粉芯损耗的降低包覆介质都有着显著影响。

本文以 Fe-6.5wt%Si 合金粉末包覆为研究对象, 对其进行粒度筛分与错位包覆组合,改变绝缘包覆介质和粒度搭配工艺,研究绝缘包覆的粉末错位粒度组合对金属磁粉芯的损耗、磁导率和直流偏置特性的影响。

-150 目粉末的 SEM 形貌

 

 

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